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石英纖維以其高純度、耐高溫、耐燒蝕、低導熱、抗熱震、透波、優(yōu)異的介電性能和良好的化學穩(wěn)定性,在航空航天、電子通訊、光學等高端制造領域扮演著不可替代的角色。然而,從天然高純度石英礦石到性能卓越的石英纖維產(chǎn)品,其制備過程是一場對整體工藝的苛刻追求,更受到多種因素的影響。
一、原料
對原料的關注主要是原料的純度、顆粒度和氣體包裹體。在純度方面,金屬雜質(zhì)是重要的影響因素,即使含量僅為百萬分之幾級別的堿金屬、堿土金屬或過渡金屬離子,也會給石英纖維產(chǎn)品帶來非常重要的影響:降低耐溫性,使其在高溫下容易變形失效;誘發(fā)析晶,加速石英玻璃在高溫下從非晶態(tài)向方石英晶態(tài)的轉(zhuǎn)變,從而導致纖維發(fā)脆、強度急劇下降;影響介電性能,雜質(zhì)離子會增加介電損耗,影響其在高頻電子領域的應用。
而原料的顆粒度和氣體包裹體決定了生產(chǎn)的石英棒氣泡含量,高氣泡含量的石英玻璃棒在熔融拉絲中易飛絲,并導致石英纖維表面微缺陷增加,這在一定程度上會影響制成石英纖維產(chǎn)品的質(zhì)量性能。
二、熔制拉絲
將固態(tài)石英料轉(zhuǎn)化為連續(xù)均勻的纖維,是決定其微觀結構和力學性能的關鍵環(huán)節(jié)。以采用氫氧焰熔融石英棒進行拉絲為例,氫氣和氧氣的純度、壓力、氣體流量大小、溫度控制和調(diào)節(jié)、拉絲工藝路線、設備等均是石英纖維產(chǎn)品質(zhì)量的直接決定因素。
熔制的溫度主要受控于燃燒氣體的流量和壓力大小,熔制溫度偏高,纖維易融斷,溫度偏低,成型張力增大,易出現(xiàn)飛絲斷頭。此外,環(huán)境的潔凈度也非常重要,因為整個拉絲過程必須在超潔凈環(huán)境中進行,任何空氣中的塵埃顆粒附著于纖維表面,都會成為應力集中點,顯著降低其機械強度。
三、微觀結構
石英纖維在長期高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性,直接取決于其抵抗析晶的能力。如前所述,析晶是石英纖維在高溫下主要的失效機制。析晶速率與溫度呈指數(shù)關系。影響析晶的關鍵因素包括:
1、表面狀態(tài):纖維表面存在的微裂紋、污染、磨損都會成為析晶的起點。因此,纖維的表面處理和涂覆保護層至關重要。
2、微缺陷:對于石英纖維這類脆性材料,其強度對表面和內(nèi)部的微裂紋、氣泡、包裹體等缺陷極為敏感。通過火焰拋光、酸洗等后處理工藝,可以有效愈合表面微裂紋,提升強度。
四、浸潤劑
石英纖維拉絲過程中,需要在纖維表面涂覆專用表面處理劑,既能有效潤滑纖維表面,又能很好的將纖維單絲集成一束,還能改變纖維的表面狀態(tài),這樣不僅滿足纖維原絲后道工序加工性能的要求,而且在復合材料中還能促進石英纖維與被增強的高分子聚合物的結合。
綜上所述,石英纖維產(chǎn)品的質(zhì)量并非由單一環(huán)節(jié)決定,而是一個貫穿原材料純度、熔融拉絲工藝、微觀結構控制及后處理技術的全鏈條、系統(tǒng)性的精密工程。因此,對于核心技術及設備要求非常高,這也是為什么石英纖維及其制品生產(chǎn)企業(yè)較少的原因,國內(nèi)如河南神玖等企業(yè)經(jīng)過多年潛心研究,掌握石英纖維生產(chǎn)關鍵技術,成為該領域重要企業(yè)。

作為國內(nèi)石英纖維行業(yè)的重要開拓者,河南神玖所生產(chǎn)的石英纖維系列制品具有極好的化學、力學、介電、耐溫等性能,廣泛應用于航空航天、5G/6G通信、AI服務器、芯片封裝等領域,為玻纖產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入澎湃動能。
制造高品質(zhì)的石英纖維,不僅需要高純度的原料和先進的設備,更需要對物理化學過程的深刻理解、對工藝參數(shù)的準確把控以及貫穿始終的工匠精神。在這條從礦石到尖端材料的生產(chǎn)制備之路上,對每一個關鍵因素的深度分析和精準控制,正是實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量飛躍的核心所在。